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1、大学物理力学补充华南理工大学物理学院By程运华本部分是额外补充内容，主要有：物理学概况基本力与粒子物理非惯性系以及几种常见的惯性力变质量力学介绍守恒定律与物理的对称性物理学概况什么是物理学？物理学是研究物质，能量和他们相互作用的学科具有动量，能量的客体各种不同的力相互作用对于空间的积累E=mc2物质力能量物理学概况研究尺度空间：亚原子<=>宇宙时间：10-44s<=>宇宙的年龄最基本问题物质的结构（质量的起源，相互作用的统一）宇宙的起源（时空结构，宇宙的演化）参看小百合文章物理学概况物理学分支物理学原子分子物理和光学凝聚态物理学场论与粒子物理学天体物理和宇宙学及射线物理学核物理
2、学流体和等离子体物理学边缘领域和交叉应用学科借助激光和现代光学的手段来研究的理论和方法以固体物理为主干的研究大量粒子组成的体系的学科.用场的观点来研究物质的组分和它们之间的基本相互作用,试图建立统一的相互作用理论.研究引力场的属性,揭示时空的基本属性和宇宙的起源寻求高温高密的核物质--夸克胶子等离子体,从而揭示物质的起源.研究物质的第四态--大量由正负电荷粒子组成,动力学行为受电磁力支配的物质的学科物理学概况物理学的发展经典物理学牛顿力学(牛顿,拉格朗日,哈密顿),热力学与统计力学(玻耳兹曼,开耳文),经典电动力学(麦克斯韦)特点:适用于宏观现象，除电磁学外，只适用于低速！两大
3、基础:1.经典统计理论的连续性假设:一切物理量都是连续变化的;2.牛顿绝对时空观:时间和空间互不相干,时间均匀流逝,空间无限扩展,不同惯性系之间的变换满足Galileo变换(不同参考系的时间一样)物理学概况物理的发展20世纪初,物理学中的“两朵乌云”：黑体辐射实验=>辐射能量无限大！连续性原理在作怪！牛顿绝对时空观导致！紫外灾难Michelson-Morley实验=>不存在“以太”相对任何参考系的运动!物理学概况物理学的发展两朵乌云导致两个新观念：1.量子概念（Planck)：能量不是连续变化的，不是要多小就有多小，能量是一份一份的，每份都是某一最小单元的整数倍。求总能量由积分
4、=>求和，避免无穷大。物理学概况物理学的发展2.相对时空观（Einstein）：空间和时间是联系的,时间是作为时空4维矢量的第4分量出现的,不同惯性参考系中的变换满足Lorentz变换光速不变作为基本假设,从而避免以太问题。物理学概况量子力学：1.态的假设:微观粒子的波函数Psi(x,t)表示粒子在时空坐标(x,t)处出现的几率是:
5、Psi(x,t)*Psi(x,t)
6、;2.方程假设:描述微观粒子的波函数是Schrodinger方程的解(线性方程决定了态的可叠加性)3.力学量:可观测的物理量用厄米算符表示.狭义相对论：1.光速不变性:光速不依赖于观察者所在的参考系,也不依赖于光
7、源是否运动;2.相对性原理:所有的惯性参考系是等价的,不同惯性系中的物理规律不变,而4矢量遵循Lorentz变换,所在惯性参考系的运动对观察者来说是"透明"的两个新观念构筑了两个理论：物理学的概况两个新理论所导致的新结果：狭义相对论:1.同时相对性;(怎样对准两个时钟?)2.运动物体纵向Lorentz收缩;3.运动的时间变慢;(双生子佯谬)4.质能关系E=mc2.量子力学1.Heisenberg关系:长度和动量测不准(时间能量测不准)；2.微观粒子运动的几率性和不可预知性；3.量子跃迁.物理学概况两个理论的进一步发展：狭义相对论=>广义相对论（略）相对论＋量子力学=>量子场论：
8、量子场论的基本概念：任何粒子在空间都激发相应类型的场:任何物体=>引力场;带电粒子电子,光子=>电磁场;强子=>色场......而每种场对应的场能量元也是一种粒子,称场量子,激发场的粒子通过交换场量子来相互作用.物理学概况量子场论的全新结果：实物和能量能相互转化,体系的粒子数不守恒!真空不空,真空可以激发出大量的粒子!新理论与旧理论的适用:经典物理学：低速宏观系统（在这一范围仍然是完全正确的，仍然被广泛的应用！）相对论：任何速度的物体量子力学：任何大小的物体量子场论：高速微观多粒子系统物理学概况现代物理学导致的思想变革连续性假设被否定:是由分立的一份一份的能量构成的,而不是由要
9、多小就有多小的能量构成的,我们生活在一个量子世界中!绝对时空观被否定:时间和空间紧密联系,他们都受运动的影响.经典决定论被否定:微观世界物质的运动是由几率函数描写,不是象经典力学中那样"唯一的开始决定唯一未来"的一一对应的,而是一对多的关系!物理学概况现代物理仍然固守的观念：因果律:不可以将一件事情的发展进程颠倒过来,两个地方同时发生的事情不可能有任何联系!四动量守恒律:能量-动量永远永远永远守恒惯性系的相对性:无论借助什么物理方法都无法觉察所在惯性参考系的运动物理学概况数学与物理学:数学:
